什麼是「熱力學第一定律」? - 社會議題

By Skylar Davis
at 2004-12-26T00:00

All Comments

By Hedwig
at 2004-12-26T02:59

熱力學第一定律
當有熱能由於溫差的原因，由外界傳入一物體，通常會有溫度升高（粒子平均動能增加）且體積膨脹（對外界做功）的情形。我們把物體內所有粒子的總機械能稱為該物體的內能（U），則由能量守恒可得：
即
系統吸收的熱能＝系統內能增加量＋系統對外做功值
此即熱力學第一定律。 若是負值表示系統放出熱能； 若是負值表示系統被做功； 若是負值表示系統內能減少。
A、熱功當量
美國科學家湯普生（B. Thompson）做了一些實驗，証明物質的溫度昇高，可經由吸收熱量或對它做機械功。這事實指著熱和功是相對等的。大約在 1840年左右，焦耳（J. Joule）做了一些實驗，具體的導致如下的結論：對一物質而言，要改變一定量的溫度所需的機械功，與要改變相同溫度所需熱量的比值為一定數。此定數比值4.186 Joule/cal叫做熱功當量。此熱功當量也是熱量卡的基本定義：即一克的水，使它從14.5 ℃升到15.5 ℃時。對它所需做的機械功為4.186焦耳，也就是1卡。
B、絕熱過程
依據熱力學第一定律，如果不對系統加入或拿走熱能，而只是對它做功，將導至內能的增加。對車輪胎充氣是一個絕熱過程。壓縮或膨脹一氣體，若在過程中，沒有或幾乎沒有熱量的交換，叫做絕熱過程。絕熱過程可以藉由快速地使氣體膨脹或壓縮，讓熱沒有足夠的時間交換；或者利用熱絕緣體使系統和其外界環境隔離來達成。
如果我們令第一定律中的 ，則 ，即系統對外所做的功等於其內能的減少量。當系統對外作功－例如氣體向外膨脹－它的內能將減少，它的溫度將下降。當系統被外界作功－例如將氣體壓縮－它的內能將增加，而使它的溫度升高。
另一較常見的絕熱過程是汽車引擎的汽缸中氣體的壓縮及膨脹。因為此壓縮及膨脹過程發生在少於1/100秒時間內，這對於能量流出燃燒室而言是非常短的；也就是在1/100秒時間內，幾乎沒有熱量的改變。至於柴油引擎的壓縮比（~15）是比一般的汽油引擎（￡ 10）大，其溫度可達到足夠的高溫而自燃。因此，柴油引擎並沒有使用火星塞。
C、氣象學與第一定律
氣象學將第一定律寫成以下之形式：
氣溫變化～（熱的改變量＋壓力變化量）
空氣的溫度可以經由熱的加入或抽取而改變，或藉由氣壓的改變。熱可經由太陽輻射而增加，或由地表輻射，或水氣的凝結（放出凝結熱），或與較暖的地表接觸而增加，最後導至氣溫升高。大氣亦可以藉由輻射，降雨後在空氣中氣化（吸收氣化熱）或與冷的地表接觸而失去熱，因而使氣溫下降。
有許多大氣變化的過程，是在一天或更短的時間內完成。在這些過程中熱的加入或抽出都不大，所以這些過程幾乎是絕熱的。在絕熱過程下的第一定律可寫成：
氣溫變化～壓力變化
絕熱過程是大氣裏大型氣團的特徵，它的尺度大約有數千公尺。當氣團沿著山坡上升，它的壓力減少，使它的體積膨脹並且冷卻，溫度下降。實際測量的結果顯示乾氣團每上升一公里約下降 。另一個較特殊的例子是焚風：風由美國落磯山山脈吹落到西南部大草原；以及台灣中央山脈上的風，吹落到花蓮、台東地區皆是具體的例子。空氣沿山坡吹下後，因壓縮而變得更高溫。
上升的氣團會因膨脹而變冷。在某些條件之下，冷空氣形成的大型氣團在上升過程中被壓縮而停留在低空中，使得上層空氣相對的較為溫暖。當這種上層空氣溫度高於下層空氣，即是逆溫層的形成。上升的空氣如果密度大於這層較溫暖的空氣，它將無法再上升。逆溫層形成後因對流擴散作用不易，會將煙霧或汽車排放的廢氣以及其他污染氣體困在低空中。洛杉磯的黃霧以及中山高速公路基隆至台北段的污染空氣聚集不散皆是具體的例子。

By Puput
at 2004-12-29T19:11

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=130606...
來幫忙我的問題><

By Dorothy
at 2004-12-27T04:04

Fist Law 就是所有的功都會變成熱能,也可以說是守恆定律,
但是第一定律跟第二定律是相法的喔要記得唷

By Andrew
at 2004-12-28T13:49

熱力學發展史:
第一定律的形成：
因為功能互換及能量守恆的概念在1845年左右已形成，故第一定律數學式也呼之欲出。
德國科學家R. Clausius是第一位把熱力學第一運動定律用數學形式表達出來的人。在1850年，Clausius所發表論文中，此水蒸發為例，認為物體熱量的增加量dQ等於物體中熱量的變化dH，內功的變化dJ和外功變化dW的和，即

dQ=dH+dJ+dW

他把物體中存在的熱，解釋成物體組成粒子的動能,溫度相關，而內功則是由粒子系統所定的狀態函數。但因不知這兩者具體表達式，而將上式寫成
dQ=dU+dW
Clausius沒有對U命名，次一年Lord Kelvin稱U為內能。

Related Posts

告訴我一個社會議題所形成的公共政策?

By Ophelia
at 2004-12-25T00:00

請告訴我一個由社會議題後來演變成公共政策的，例如:很多人生重病但沒錢看醫生所以有了全民健保、垃圾堆帶來環境問題所以改以垃圾不落地等等之� ...

手機上的日光節約是什麼意思呢?

By Frederica
at 2004-12-25T00:00

我看電影的and#34;國家寶藏and#34;有提到說日光節約會慢一個小時
那麼日光節約是什麼意思 呢?為什麼要有這樣的呢?

如何防止癌症找上門？

By Wallis
at 2004-12-25T00:00

現代人談「癌」色變，癌症可以預防嗎？如何防止癌症找上門？

中耳炎的問題

By Liam
at 2004-12-25T00:00

中耳炎是不是會強烈頭痛和頭暈，然後耳朵一直吱吱叫
嚴重的時候連站都不能站。
醫生說是有關耳朵平衡問題，
若要掛門診，要掛哪一科呢
� ...

奈米科技對生活的影響？

By Steve
at 2004-12-25T00:00

常聽到奈米科技，究竟奈米科技對生活造成什麼樣的影響？
請就食衣住行育樂各方面說明。